2024高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)第1部分專題能素提升專題4化學(xué)能與熱能電能的相互轉(zhuǎn)化學(xué)案

PAGE28-專題4化學(xué)能與熱能、電能的相互轉(zhuǎn)化考向一化學(xué)能與熱能1．(2024·山東卷，T18(1))以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3則ΔH3＝____________kJ·mol－1。[解析]ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝＋40.9kJ·mol－1。[答案]＋40.92．(2024·浙江7月卷，T22)關(guān)于下列ΔH的推斷正確的是()COeq\o\al(2－,3)(aq)＋H＋(aq)=HCOeq\o\al(－,3)(aq)ΔH1COeq\o\al(2－,3)(aq)＋H2O(l)HCOeq\o\al(－,3)(aq)＋OH－(aq)ΔH2OH－(aq)＋H＋(aq)=H2O(l)ΔH3OH－(aq)＋CH3COOH(aq)=CH3COO－(aq)＋H2O(l)ΔH4A．ΔH1＜0ΔH2＜0 B．ΔH1＜ΔH2C．ΔH3＜0ΔH4＞0 D．ΔH3＞ΔH4B[形成化學(xué)鍵要放出熱量，ΔH1<0，其次個(gè)反應(yīng)是鹽類的水解反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)，ΔH2>0，A項(xiàng)錯(cuò)誤；ΔH1是負(fù)值，ΔH2是正值，ΔH1<ΔH2，B項(xiàng)正確；酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH3<0，ΔH4<0，C項(xiàng)錯(cuò)誤；第四個(gè)反應(yīng)(醋酸是弱酸，電離吸熱)放出的熱量小于第三個(gè)反應(yīng)，但ΔH3和ΔH4都是負(fù)值，則ΔH3<ΔH4，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]3．(2024·天津卷，T10)理論探討表明，在101kPa和298K下，HCN(g)HNC(g)異構(gòu)化反應(yīng)過程的能量變更如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．HCN比HNC穩(wěn)定B．該異構(gòu)化反應(yīng)的ΔH＝＋59.3kJ·mol－1C．正反應(yīng)的活化能大于逆反應(yīng)的活化能D．運(yùn)用催化劑，可以變更反應(yīng)的反應(yīng)熱D[HNC的能量比HCN高，則穩(wěn)定性較好的是HCN，A項(xiàng)正確；該異構(gòu)化反應(yīng)的ΔH＝＋59.3kJ·mol－1，為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)的活化能大于逆反應(yīng)的活化能，B、C項(xiàng)正確；運(yùn)用催化劑只能變更反應(yīng)的歷程，但是不影響反應(yīng)的反應(yīng)熱，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]考向二化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化4．(2024·山東卷，T10)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置，利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采納惰性電極，用下圖裝置處理有機(jī)廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說法錯(cuò)誤的是()A．負(fù)極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，模擬海水理論上除鹽58.5gD．電池工作一段時(shí)間后，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1B[依據(jù)題意，可得放電時(shí)的電極反應(yīng)，負(fù)極(a極)：CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋，正極(b極)：2H＋＋2e－=H2↑，A項(xiàng)正確；該電池工作時(shí)，Cl－向a極移動(dòng)，Na＋向b極移動(dòng)，即隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，向a極和b極分別移動(dòng)1molCl－和1molNa＋，則模擬海水理論上可除鹽58.5g，C項(xiàng)正確；電池工作時(shí)負(fù)極產(chǎn)生CO2，正極產(chǎn)生H2，結(jié)合正、負(fù)極的電極反應(yīng)知，一段時(shí)間后，正極和負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1，D項(xiàng)正確。]5．(2024·山東卷，T13)采納惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽視溫度變更的影響，下列說法錯(cuò)誤的是()A．陽極反應(yīng)為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．電解一段時(shí)間后，陽極室的pH未變C．電解過程中，H＋由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D．電解一段時(shí)間后，a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2等量D[a極上產(chǎn)生O2，發(fā)生的反應(yīng)為水被氧化生成O2的反應(yīng)，即a極為陽極，b極為陰極，a極電極反應(yīng)式：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，b極電極反應(yīng)式：2H＋＋O2＋2e－=H2O2，A項(xiàng)正確；電解一段時(shí)間后，溶液中H＋濃度未變，即陽極室的pH未變，B項(xiàng)正確；電解過程中H＋通過質(zhì)子交換膜，從a極區(qū)向b極區(qū)遷移，C項(xiàng)正確；由陰、陽極的電極反應(yīng)式，可知電解一段時(shí)間后，b極消耗O2的量是a極生成O2的量的2倍，即a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2的量不相等，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]6．(2024·全國卷Ⅰ，T12)科學(xué)家近年獨(dú)創(chuàng)了一種新型Zn－CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如下，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時(shí)，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題供應(yīng)了一種新途徑。下列說法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放電時(shí)，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC．充電時(shí)，電池總反應(yīng)為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時(shí)，正極溶液中OH－濃度上升D[由題給裝置圖可知，放電時(shí)負(fù)極鋅失去電子后結(jié)合OH－生成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A項(xiàng)正確；放電時(shí)，正極上CO2得電子生成HCOOH，CO2中C的化合價(jià)為＋4，HCOOH中C的化合價(jià)為＋2,1molCO2轉(zhuǎn)化為1molHCOOH，轉(zhuǎn)移2mol電子，B項(xiàng)正確；充電時(shí)陰極上Zn(OH)eq\o\al(2－,4)參與反應(yīng)得到鋅，陽極上H2O參與反應(yīng)得到氧氣，電池總反應(yīng)為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C項(xiàng)正確；充電時(shí)，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，氫氧根離子濃度降低，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]7．(2024·全國卷Ⅲ，T12)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O。該電池工作時(shí)，下列說法錯(cuò)誤的是()A．負(fù)載通過0.04mol電子時(shí)，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)B．正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH上升C．電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極B[由題給信息知VB2電極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，則VB2電極為負(fù)極，復(fù)合碳電極為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，電池總反應(yīng)方程式為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8[B(OH)4]－＋4VOeq\o\al(3－,4)。由上述分析知，正極的電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，則電路中通過0.04mole－時(shí)，正極有0.01molO2參與反應(yīng)，其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.224L，A項(xiàng)正確；由正、負(fù)極的電極反應(yīng)式可知，該電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液的pH降低，正極區(qū)溶液的pH上升，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由上述分析知，該電池的總反應(yīng)方程式為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8[B(OH)4]－＋4VOeq\o\al(3－,4)，C項(xiàng)正確；電流與電子的流淌方向相反，電流從正極動(dòng)身，沿負(fù)載流向負(fù)極，再經(jīng)過溶液最終回到正極，D項(xiàng)正確。]8．(2024·全國卷Ⅰ)利用生物燃料電池原理探討室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫柔，同時(shí)還可供應(yīng)電能B．陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C．正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D．電池工作時(shí)質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)B[A項(xiàng)，該反應(yīng)中，可產(chǎn)生電流，反應(yīng)條件比較溫柔，沒有高溫高壓條件，正確；B項(xiàng)，該生物燃料電池中，左端電極反應(yīng)式為MV＋－e－=MV2＋，則左端電極是負(fù)極，應(yīng)為負(fù)極區(qū)，在氫化酶作用下，發(fā)生反應(yīng)H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，右端電極反應(yīng)式為MV2＋＋e－=MV＋，是正極，在正極區(qū)N2得到電子生成NH3，發(fā)生還原反應(yīng)，正確；D項(xiàng)，原電池中，內(nèi)電路中H＋通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)，正確。]9．(2024·全國卷Ⅱ，T12)電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。如圖是某電致變色器件的示意圖。當(dāng)通電時(shí)，Ag＋注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈現(xiàn)藍(lán)色，對(duì)于該變更過程，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．Ag為陽極B．Ag＋由銀電極向變色層遷移C．W元素的化合價(jià)上升D．總反應(yīng)為WO3＋xAg=AgxWO3C[依據(jù)題圖可知，該裝置為電解池，由通電時(shí)Ag＋注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可知Ag為該電解池的陽極，透亮導(dǎo)電層為該電解池的陰極，結(jié)合題給信息可寫出陽極和陰極的電極反應(yīng)式分別為Ag－e－=Ag＋和xAg＋＋WO3＋xe－=AgxWO3。依據(jù)上述分析可知Ag為陽極，A項(xiàng)正確；電解池工作時(shí)，Ag＋向陰極移動(dòng)，即Ag＋由銀電極向變色層遷移，B項(xiàng)正確；結(jié)合上述分析可知WO3在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，即W元素的化合價(jià)降低，C項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合陽極和陰極的電極反應(yīng)式可寫出總反應(yīng)為WO3＋xAg=AgxWO3，D項(xiàng)正確。]本專題主要有以下幾個(gè)命題角度：1．化學(xué)與熱能(1)能量(或能壘)圖示分析；(2)反應(yīng)熱計(jì)算；(3)蓋斯定律的應(yīng)用計(jì)算。2．原電池原理及化學(xué)電源(1)正、負(fù)極電極反應(yīng)式的推斷；(2)電子、溶液中離子移動(dòng)方向的推斷；(3)新型電源的原理分析；(4)工作時(shí)溶液介質(zhì)性質(zhì)的變更等。3．電解原理及應(yīng)用(1)陰、陽極及電極反應(yīng)式的推斷；(2)溶液中離子移動(dòng)方向推斷；(3)離子交換膜的應(yīng)用；(4)金屬腐蝕與防護(hù)等。預(yù)料2024年仍會(huì)在新型化學(xué)電源和電解原理及應(yīng)用方面加強(qiáng)命題，平常要加強(qiáng)關(guān)注最新科技中涉及的新型化學(xué)電源和電解的發(fā)展方向。化學(xué)反應(yīng)與能量化學(xué)反應(yīng)熱與催化劑1．反應(yīng)熱的四種計(jì)算方法放熱反應(yīng)ΔH<0吸熱反應(yīng)ΔH>0(1)從宏觀角度計(jì)算ΔH＝H1(生成物的總能量)－H2(反應(yīng)物的總能量)(2)從微觀角度計(jì)算ΔH＝E1(反應(yīng)物的鍵能總和)－E2(生成物的鍵能總和)(3)從活化能角度計(jì)算ΔH＝E1(正反應(yīng)的活化能)－E2(逆反應(yīng)的活化能)(4)依據(jù)蓋斯定律計(jì)算2．催化劑變更反應(yīng)歷程、降低反應(yīng)活化能示意圖說明：(1)E1、E2是非催化反應(yīng)的正、逆反應(yīng)的活化能，E′1、E′2是催化反應(yīng)的正、逆反應(yīng)活化能。(2)運(yùn)用催化劑降低兩向反應(yīng)活化能，但不影響焓變?chǔ)。(3)運(yùn)用催化劑變更了反應(yīng)歷程。題組1化學(xué)能與熱能的圖像分析1．(雙選)(2024·山東省等級(jí)考試模擬，T15)熱催化合成氨面臨的兩難問題是：采納高溫增大反應(yīng)速率的同時(shí)會(huì)因平衡限制導(dǎo)致NH3產(chǎn)率降低。我國科研人員研制了Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑(Ti-H區(qū)域和Fe區(qū)域的溫度差可超過100℃)。Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示。其中吸附在催化劑表面上的物種用*標(biāo)注。下列說法正確的是()A．①為N≡N的斷裂過程B．①②③在高溫區(qū)發(fā)生，④⑤在低溫區(qū)發(fā)生C．④為N原子由Fe區(qū)域向Ti-H區(qū)域的傳遞過程D．運(yùn)用Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑使合成氨反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲鼰岱磻?yīng)BC[①為N2吸附，②③為N≡N斷裂過程，故①②③在高溫區(qū)發(fā)生，④為N原子傳遞過程，⑤為N—H鍵成鍵過程，故④⑤在低溫區(qū)發(fā)生。]2．(2024·威海模擬)已知丙烯與HCl發(fā)生加成反應(yīng)有兩種可能，如圖1所示；其中丙烯加H＋的能量變更曲線圖如圖2所示。下列說法錯(cuò)誤的是()圖1圖2A．過渡態(tài)(Ⅰ)比過渡態(tài)(Ⅱ)穩(wěn)定B．生成①的過程所需活化能較低，速率快C．①②③④中碳原子的雜化方式相同D．丙烯與HCl發(fā)生加成反應(yīng)，主要生成產(chǎn)物③C[依據(jù)題圖2可以得出過渡態(tài)(Ⅰ)比過渡態(tài)(Ⅱ)能量低，故過渡態(tài)(Ⅰ)更穩(wěn)定，A項(xiàng)正確；反應(yīng)過程中活化能越低，反應(yīng)速率越快，B項(xiàng)正確；①②中碳原子的雜化方式有sp2和sp3，③④中碳原子的雜化方式均為sp3，C項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)歷程中所需活化能越低，反應(yīng)越簡單進(jìn)行，故③是主要產(chǎn)物，D項(xiàng)正確。]3．(2024·廣州模擬)科學(xué)家探討利用鐵觸媒催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物質(zhì)用“ad”表示。由圖可知合成氨反應(yīng)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。該歷程中反應(yīng)速率最慢的步驟的化學(xué)方程式為___________。[解析]依據(jù)圖示可知：eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的ΔH＝－46kJ/mol，活化能越大，反應(yīng)越慢；反之，反應(yīng)越快。[答案]－46Nad＋3Had=NHad＋2Had題組2蓋斯定律的應(yīng)用計(jì)算4．工業(yè)上可用CO2和H2制備被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”二甲醚(CH3OCH3)：在500℃時(shí)，在密閉容器中將煉焦中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚，其相關(guān)反應(yīng)為：主反應(yīng)Ⅰ：2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up9(催化劑))CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH1副反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up9(催化劑))CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2已知：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－90.1kJ·mol－1②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－24.5kJ·mol－1③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.0kJ·mol－1則主反應(yīng)Ⅰ的ΔH1＝________。[解析]將反應(yīng)按①×2＋②－③×2可得主反應(yīng)Ⅰ，即ΔH1＝(－90.1×2－24.5＋41.0×2)kJ·mol－1＝－122.7kJ·mol－1。[答案]－122.7kJ·mol－15．已知：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1②C(s)＋CO2(g)=2CO(g)ΔH2＝＋172.5kJ·mol－1③4Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)ΔH3＝－1651.0kJ·mol－1CO還原氧化鐵的熱化學(xué)方程式為______________________。[解析]依據(jù)蓋斯定律，由(①－②)×eq\f(3,2)－③×eq\f(1,2)可得熱化學(xué)方程式。[答案]3CO(g)＋Fe2O3(s)=2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝－23.5kJ·mol－1原電池原理與新型電源一、氧化還原反應(yīng)的有關(guān)概念及聯(lián)系提示：(1)在原電池中，負(fù)極上反應(yīng)的物質(zhì)化合價(jià)上升、失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，作還原劑，反之正極上反應(yīng)的物質(zhì)作氧化劑。(2)在電解池中，陽極上反應(yīng)的物質(zhì)化合價(jià)上升、失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，作還原劑，反之陰極上反應(yīng)的物質(zhì)作氧化劑。[練一練]1．對(duì)于Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋反應(yīng)，設(shè)計(jì)原電池，寫出電極名稱及相應(yīng)的電極反應(yīng)式。[答案]銅作負(fù)極：Cu－2e－=Cu2＋，碳棒作正極：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋。二、原電池原理與化學(xué)電源1．原電池工作原理提示：鹽橋的三個(gè)作用(1)隔絕正負(fù)極反應(yīng)物，避開干脆接觸，導(dǎo)致電流不穩(wěn)定；(2)通過離子的定向移動(dòng)，構(gòu)成閉合回路；(3)平衡電極區(qū)的電荷。2．二次充電電池的原理及充電連接提示：(1)二次電池充電時(shí)，電池正極連接電源正極，電池負(fù)極連接電源負(fù)極，即“正接正，負(fù)接負(fù)”。(2)放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)與充電時(shí)的陰極反應(yīng)相反，同理放電時(shí)正極反應(yīng)與充電時(shí)陽極反應(yīng)相反。如鉛蓄電池：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(負(fù)極：Pb＋SO\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4,陰極：PbSO4＋2e－=Pb＋SO\o\al(2－,4)))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(正極：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O,陽極：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SO\o\al(2－,4)))3．新型化學(xué)電池中電極反應(yīng)式的書寫方法[練一練]2．完成下列電極反應(yīng)式(1)2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－為鋰-銅電池的放電反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為__________________，正極反應(yīng)式為_________。(2)已知H2O2是一種弱酸，在強(qiáng)堿溶液中主要以HOeq\o\al(－,2)的形式存在。已知：Al—H2O2堿性燃料電池的總反應(yīng)為2Al＋3NaHO2=2NaAlO2＋NaOH＋H2O。該電池的負(fù)極反應(yīng)式為_____，正極反應(yīng)式為_____________________________。(3)已知CH3OH燃料電池在熔融Na2CO3介質(zhì)中總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O，該電池的負(fù)極反應(yīng)式為________，正極反應(yīng)式為_________________________________________。(4)鋰離子電池的總反應(yīng)式為Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))LiCoO2＋C6(x<1)。放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)式_________________，正極反應(yīng)式_______________________，充電時(shí)的陰極反應(yīng)式為________。(5)高鐵電池的總反應(yīng)式為3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。放電時(shí)的正極反應(yīng)式為________________________，充電時(shí)的陰極反應(yīng)式為____________________。(6)全釩液流電池的總反應(yīng)為：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))V3＋＋VO2＋＋H2O。放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)式為________________，充電時(shí)的陽極反應(yīng)式為__________________。[答案](1)2Li－2e－=2Li＋Cu2O＋2e－＋H2O=2Cu＋2OH－(2)2Al－6e－＋8OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋4H2O3HOeq\o\al(－,2)＋6e－＋3H2O=9OH－(3)2CH3OH－12e－＋6COeq\o\al(2－,3)=8CO2↑＋4H2O3O2＋12e－＋6CO2=6COeq\o\al(2－,3)(4)LixC6－xe－=xLi＋＋C6Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2xLi＋＋C6＋xe－=LixC6(5)2FeOeq\o\al(2－,4)＋6e－＋8H2O=2Fe(OH)3＋10OH－3Zn(OH)2＋6e－=3Zn＋6OH－(6)V2＋－e－=V3＋VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋題組1新型電池的工作原理1.第20屆中國國際工業(yè)博覽會(huì)上，華東師范高校帶來的一種“鋅＋碘”新型平安動(dòng)力電池亮相工博會(huì)高校展區(qū)。該新型平安動(dòng)力電池?zé)o污染、高平安、長壽命且具有合適的充電時(shí)間，可以應(yīng)用于日常生活、交通出行等各個(gè)領(lǐng)域。已知該電池的工作原理如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()A．正極反應(yīng)式為Ieq\o\al(－,3)－2e－=3I－B．6.5gZn溶解時(shí)，電解質(zhì)溶液中有0.2mol電子移動(dòng)C．轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，有1molZn2＋從左池移向右池D．“回流通道”可以減緩電池兩室的壓差，避開電池受損D[原電池原理中，正極Ieq\o\al(－,3)得電子，反應(yīng)式為Ieq\o\al(－,3)＋2e－=3I－，發(fā)生還原反應(yīng)，A錯(cuò)誤；電解質(zhì)溶液中無電子的轉(zhuǎn)移，B錯(cuò)誤；結(jié)合A項(xiàng)分析，轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，增加1mol負(fù)電荷，須要0.5molZn2＋平衡，C錯(cuò)誤；新型電池的充放電過程，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)離子交換膜的兩邊產(chǎn)生壓差，據(jù)此考慮“回流通道”的作用，D項(xiàng)正確。]2．(2024·湖南名校線上聯(lián)考)復(fù)旦高校王永剛的探討團(tuán)隊(duì)制得一種柔性水系鋅電池，該可充電電池以鋅鹽溶液作為電解液，其原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．放電時(shí)，N極發(fā)生還原反應(yīng)B．充電時(shí)，Zn2＋向M極移動(dòng)C．放電時(shí)，每生成1molPTO-Zn2＋，M極溶解Zn的質(zhì)量為260gD．充電時(shí)，N極的電極反應(yīng)式為2PTO＋8e－＋4Zn2＋=PTO-Zn2＋D[依據(jù)圖示可知M為電池的負(fù)極，N為正極，充電時(shí)M為陰極，N為陽極。充電時(shí)N極即陽極反應(yīng)式應(yīng)為PTO-Zn2＋－8e－=2PTO＋4Zn2＋，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]3．2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給在鋰離子電池發(fā)展方面作出突出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家，頒獎(jiǎng)詞中說：他們創(chuàng)建了一個(gè)可再充電的世界。下面是最近研發(fā)的Ca-LiFePO4可充電電池的工作示意圖，鋰離子導(dǎo)體膜只允許Li＋通過，電池反應(yīng)為xCa2＋＋2LiFePO4eq\o(,\s\up9(充電),\s\do9(放電))xCa＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋。下列說法錯(cuò)誤的是()A．LiPF6-LiAsF6為非水電解質(zhì)，其與Li2SO4溶液的主要作用都是傳遞離子B．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：LiFePO4－xe－=Li1－xFePO4＋xLi＋C．充電時(shí)，Li1－xFePO4/LiFePO4電極發(fā)生Li＋脫嵌，放電時(shí)發(fā)生Li＋嵌入D．充電時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕2.6gB[放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Ca－2e－=Ca2＋，使左室中正電荷數(shù)目增多，鋰離子導(dǎo)體膜只允許Li＋通過，使LiPF6－LiAsF6電解質(zhì)中的Li＋通過鋰離子導(dǎo)體膜移入右室，正極反應(yīng)為：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4，電極發(fā)生Li＋嵌入，B錯(cuò)誤；充電時(shí)，陽極發(fā)生：LiFePO4－xe－=xLi＋＋Li1－xFePO4，電極發(fā)生Li＋脫嵌，陰極發(fā)生：Ca2＋＋2e－=Ca，轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，有0.2molLi＋從右室通過鋰離子導(dǎo)體膜移入左室，左室電解質(zhì)中有0.1molCa2＋得電子生成Ca沉積在鈣電極上，故左室中電解質(zhì)的質(zhì)量減輕40×0.1g－7×0.2g＝2.6g，C、D正確。]4．(雙選)(2024·濰坊模擬)鋰/氟化碳電池穩(wěn)定性很高。該電池的電解質(zhì)溶液為LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，總反應(yīng)為xLi＋CFx=xLiF＋C，放電產(chǎn)物L(fēng)iF沉積在正極，工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A．正極的電極反應(yīng)式為CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋CB．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解質(zhì)溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替D．b極電勢(shì)高于a極電勢(shì)AD[依據(jù)總反應(yīng)可知，Li為負(fù)極，石墨棒為正極，正極上CFx轉(zhuǎn)化為C，電極反應(yīng)式為CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋C，A項(xiàng)正確；依據(jù)正極的電極反應(yīng)式可知，負(fù)極區(qū)的Li＋通過離子交換膜進(jìn)入正極區(qū)，則離子交換膜為陽離子交換膜，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Li能與乙醇發(fā)生反應(yīng)，因此電解質(zhì)溶液不能用LiClO4的乙醇溶液代替，C項(xiàng)錯(cuò)誤；b極為正極，a極為負(fù)極，故b極電勢(shì)高于a極電勢(shì)，D項(xiàng)正確。]題組2燃料電池的工作原理5．(2024·南昌模擬)十九大報(bào)告中提出要“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，意味著對(duì)污染防治比過去要求更高。某種利用垃圾滲透液實(shí)現(xiàn)發(fā)電、環(huán)保二位一體結(jié)合的裝置示意圖如下，當(dāng)該裝置工作時(shí)，下列說法正確的是()A．鹽橋中Cl－向Y極移動(dòng)B．電路中流過7.5mol電子時(shí)，共產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下N2的體積為16.8LC．電流由X極沿導(dǎo)線流向Y極D．Y極發(fā)生的反應(yīng)為2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋6H2O=N2↑＋12OH－，四周pH增大D[依據(jù)處理垃圾滲濾液并用其發(fā)電的示意圖可知，裝置屬于原電池裝置，X是負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，Y是正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋6H2O=N2↑＋12OH－，電解質(zhì)里的陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，電子從負(fù)極流向正極。]6．新型鋰空氣燃料電池具有運(yùn)用壽命長、可在自然空氣環(huán)境下工作的優(yōu)點(diǎn)。其原理如圖所示(電解質(zhì)為離子液體和二甲基亞砜)，電池總反應(yīng)為：2Li＋O2eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))Li2O2。下列說法不正確的是()A．充電時(shí)電子由Li電極經(jīng)外電路流入Li2O2B．放電時(shí)正極反應(yīng)式為2Li＋＋O2＋2e－=Li2O2C．充電時(shí)Li電極與電源的負(fù)極相連D．碳酸鋰涂層既可阻擋鋰電極的氧化又能讓鋰離子進(jìn)入電解質(zhì)A[充電時(shí)，Li電極為陰極，Li2O2為陽極，電子從電源的負(fù)極流入Li電極，A項(xiàng)錯(cuò)誤。]7．微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列說法正確的是()A．HS－在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SOeq\o\al(2－,4)的反應(yīng)為HS－＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋9H＋B．電子從電極b流出，經(jīng)外電路流向電極aC．假如將反應(yīng)物干脆燃燒，能量的利用率不會(huì)變更D．若該電池電路中有0.4mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則有0.5molH＋通過質(zhì)子交換膜A[依據(jù)題圖知，在硫氧化菌作用下HS－轉(zhuǎn)化為SOeq\o\al(2－,4)，發(fā)生氧化反應(yīng)：HS－＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋9H＋，A項(xiàng)正確；電子從電極a流出，經(jīng)外電路流向電極b，B項(xiàng)錯(cuò)誤；假如將反應(yīng)物干脆燃燒，有部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能和光能，能量的利用率降低，C項(xiàng)錯(cuò)誤；若該電池電路中有0.4mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則有0.4molH＋通過質(zhì)子交換膜，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]間接電化學(xué)反應(yīng)原理簡介(1)定義：間接電化學(xué)反應(yīng)是以具有“電子傳遞”功能的物質(zhì)為媒質(zhì)(催化劑)，對(duì)反應(yīng)基質(zhì)進(jìn)行間接氧化或還原，從而得到目的產(chǎn)物。(2)原理：媒質(zhì)也稱為“電對(duì)”或“介對(duì)”，其首先在電極表面失去(或得到)電子，形成氧化態(tài)(或還原態(tài))在電解溶液中進(jìn)一步氧化(或還原)反應(yīng)基質(zhì)，最終生成目的產(chǎn)物。其原理如下圖所示：電解原理及應(yīng)用一、電解池工作原理模型圖提示：(1)陽離子在陰極上的放電依次：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……(2)陰離子在陽極上的放電依次：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子＞……(3)當(dāng)陽極是金屬(Au、Pt除外)電極時(shí)，溶液中的離子不再放電而是金屬失電子生成金屬陽離子。(4)微粒的放電依次受溫度、濃度、電壓、電極材料等因素的影響。二、電解池陰、陽極的推斷1．依據(jù)所連接的外加電源推斷：與直流電源正極相連的為陽極，與直流電源負(fù)極相連的為陰極。2．依據(jù)電子流淌方向推斷：電子流淌方向?yàn)閺碾娫簇?fù)極流向陰極，從陽極流向電源正極。3．依據(jù)電解池里電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向推斷：陽離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng)。4．依據(jù)電解池兩極產(chǎn)物推斷(一般狀況下)(1)陰極上的現(xiàn)象是析出金屬(質(zhì)量增加)或有無色氣體(H2)放出。(2)陽極上的現(xiàn)象是有非金屬單質(zhì)生成，呈氣態(tài)的有Cl2、O2或電極質(zhì)量減小(活性電極作陽極)。三、電解原理的實(shí)際應(yīng)用1．物質(zhì)制備eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電解飽和食鹽水制燒堿、Cl2、H2,電解法冶煉活潑金屬,電解法制備新物質(zhì)))2．電鍍與電精煉eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電鍍銅、銀,精煉粗Cu、粗銀))3．電解法處理廢水：電解含Na2SO4的廢水制NaOH與H2SO4。四、金屬電化學(xué)腐蝕與防護(hù)題組1電解原理的應(yīng)用1．(2024·濰坊模擬)一種新型的電解廢水處理技術(shù)是以活性炭為電極板和粒子凝膠顆粒填充的電解裝置(如圖所示)。用該裝置電解過程中產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)氧化實(shí)力極強(qiáng)，能氧化苯酚生成CO2、H2O。下列說法錯(cuò)誤的是()A．陽極電極反應(yīng)為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋B．H＋通過離子交換膜向陰極移動(dòng)C．苯酚被氧化的化學(xué)方程式為C6H5OH＋28·OH=6CO2↑＋17H2OD．每轉(zhuǎn)移0.7mole－，兩極室共產(chǎn)生氣體體積為11.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)A[依據(jù)題給信息可知，陽極上產(chǎn)生羥基自由基，故陽極反應(yīng)為H2O－e－=·OH＋H＋，A項(xiàng)錯(cuò)誤；H＋通過離子交換膜向陰極移動(dòng)，B項(xiàng)正確；苯酚被羥基自由基氧化為CO2、H2O，配平化學(xué)方程式為C6H5OH＋28·OH=6CO2↑＋17H2O，C項(xiàng)正確；陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，轉(zhuǎn)移0.7mol電子，陰極產(chǎn)生0.35molH2，陽極反應(yīng)式為H2O－e－=·OH＋H＋，轉(zhuǎn)移0.7mol電子，生成0.7mol·OH，由C6H5OH＋28·OH=6CO2↑＋17H2O可知，0.7mol·OH參與反應(yīng)，生成0.15molCO2，故兩極室共產(chǎn)生0.5mol氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為11.2L，D項(xiàng)正確。]2．一種三電極電解水制氫的裝置如圖，三電極為催化電極a、催化電極b和Ni(OH)2電極。通過限制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2。下列說法錯(cuò)誤的是()A．制O2時(shí)，電子由Ni(OH)2電極通過外電路流向催化電極bB．制H2時(shí)，陽極的電極反應(yīng)式為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2OC．催化電極b上，OH－發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2D．該裝置可在無隔膜的條件下制備高純氫氣A[開關(guān)連接K1，制H2，a極為陰極生成H2；連接K2，制O2，b極為陽極。故制O2時(shí)，電子從b極流向電源的正極，從電源的負(fù)極流入Ni(OH)2電極，A項(xiàng)錯(cuò)誤。]3．(雙選)(2024·煙臺(tái)聯(lián)考)2024年王浩天教授團(tuán)隊(duì)在《Science》上發(fā)表文章，介紹了一種利用電化學(xué)法制取H2O2的方法，原理圖如下(已知：H2O2H＋＋HOeq\o\al(－,2))。下列說法錯(cuò)誤的是()A．X膜為陰離子交換膜B．a(chǎn)極電勢(shì)比b極高C．外電路中每轉(zhuǎn)移4mole－，就產(chǎn)生1molH2O2D．b極的電極反應(yīng)式為O2＋H2O＋2e－=HOeq\o\al(－,2)＋OH－AC[陽極(a極)一側(cè)通入H2，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為H2－2e－=2H＋，陰極(b極)一側(cè)通入O2，電極反應(yīng)式為O2＋H2O＋2e－=HOeq\o\al(－,2)＋OH－，陽極產(chǎn)生的H＋和陰極產(chǎn)生的HOeq\o\al(－,2)定向移動(dòng)到多孔固體電解質(zhì)中生成H2O2，D項(xiàng)正確；X膜為陽離子交換膜，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陽極電勢(shì)比陰極電勢(shì)高，B項(xiàng)正確；結(jié)合上述分析知，外電路中每轉(zhuǎn)移4mole－，就產(chǎn)生2molH2O2，C項(xiàng)錯(cuò)誤。]4．氯氣是一種重要的化工原料，近年來以氯化氫為原料制備氯氣的技術(shù)成為科學(xué)探討的熱點(diǎn)?？茖W(xué)家最近采納碳基電極材料設(shè)計(jì)了一種新的工藝方案，如圖所示。下列敘述不正確的是()A．相比于貴金屬催化劑，運(yùn)用碳基電極材料可以進(jìn)一步降低成本B．陽極反應(yīng)式為：2HCl－2e－=Cl2＋2H＋C．上述過程的總反應(yīng)式為4HCl＋O2eq\o(=,\s\up9(電解),\s\do9(Fe3＋))2Cl2＋2H2OD．電路中通過2mol電子，需消耗氧氣11.2LD[相比于貴金屬催化劑，運(yùn)用碳基電極材料可以進(jìn)一步降低成本，故A正確；電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，HCl失電子生成Cl2和H＋，所以陽極的電極反應(yīng)為2HCl－2e－=Cl2＋2H＋，故B正確；反應(yīng)過程中，F(xiàn)e3＋與Fe2＋間是循環(huán)轉(zhuǎn)化的，整個(gè)過程是HCl與O2反應(yīng)生成Cl2和H2O，所以該過程的總反應(yīng)式為4HCl＋O2eq\o(=,\s\up9(電解),\s\do9(Fe3＋))2Cl2＋2H2O，故C正確；電路中通過2mol電子，需消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為0.5mol×22.4L·mol－1＝11.2L，故D錯(cuò)誤。]電解試題的分析思路題組2原電池與電解池綜合應(yīng)用5．用石墨烯鋰硫電池電解制備Fe(OH)2的裝置如圖所示。電池放電時(shí)的反應(yīng)為16Li＋xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)，電解池兩極材料分別為Fe和石墨，工作一段時(shí)間后，右側(cè)玻璃管中產(chǎn)生大量的白色沉淀。下列說法不正確的是()A．X是鐵電極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．電子流淌的方向：B→Y，X→AC．正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6＋2Li＋＋2e－=3Li2S4D．鋰電極減重0.14g時(shí)，電解池中溶液減重0.18gD[依據(jù)圖中信息可知A為正極，B為負(fù)極，X為陽極，Y為陰極。鋰電極減重0.14g，則電路中轉(zhuǎn)移0.02mol電子，電解池中發(fā)生的總反應(yīng)為Fe＋2H2Oeq\o(=,\s\up9(電解))Fe(OH)2↓＋H2↑，所以轉(zhuǎn)移0.02mol電子時(shí)，電解液中削減了0.02molH2O即0.36g，D錯(cuò)誤。]6．一種將燃料電池與電解池組合制備KMnO4的裝置如圖所示(電極甲、乙、丙、丁均為惰性電極)。該裝置工作時(shí)，下列說法不正確的是()A．甲為正極，丙為陰極B．丁極的電極反應(yīng)式為MnOeq\o\al(2－,4)－e－=MnOeq\o\al(－,4)C．KOH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：c%>a%>b%D．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲電極上每消耗22.4L氣體時(shí)，理論上有4molK＋移入陰極區(qū)C[丙電極上的反應(yīng)是2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，電極甲的電極反應(yīng)式是O2＋2H2O＋4e－=4OH－，乙電極的電極反應(yīng)式為H2－2e－＋2OH－=2H2O，依據(jù)溶液流淌方向，c%>b%>a%，C錯(cuò)誤。]題組3金屬腐蝕與防護(hù)7．深埋在潮濕土壤中的鐵管道，在硫酸鹽還原菌作用下，能被硫酸根腐蝕，其電化學(xué)腐蝕原理如圖所示，下列與此原理有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A．正極反應(yīng)：SOeq\o\al(2－,4)＋5H2O＋8e－=HS－＋9OH－B．輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕C．這種狀況下，F(xiàn)e腐蝕的最終產(chǎn)物為Fe2O3·xH2OD．管道上刷富鋅油漆可以延緩管道的腐蝕C[A項(xiàng)，原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，由題圖可知，正極電極反應(yīng)為SOeq\o\al(2－,4)＋5H2O＋8e－=HS－＋9OH－，正確；B項(xiàng)，硫酸鹽還原菌是蛋白質(zhì)，在高溫下易變性，失去催化實(shí)力，則輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕，正確；C項(xiàng)，由題意可知，深埋在土壤中，即在缺氧環(huán)境中，F(xiàn)e腐蝕的最終產(chǎn)物不能為Fe2O3·xH2O，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，管道上刷富鋅油漆，形成Zn-Fe原電池，F(xiàn)e變?yōu)檎龢O，可以延緩管道的腐蝕，正確。]8．某同學(xué)利用如圖所示裝置探究金屬的腐蝕與防護(hù)條件。下列說法不合理的是()A．①區(qū)Cu電極上產(chǎn)生氣泡，F(xiàn)e電極旁邊滴加K3[Fe(CN)6]后出現(xiàn)藍(lán)色，F(xiàn)e被腐蝕B．②區(qū)Cu電極旁邊滴加酚酞后變成紅色，F(xiàn)e電極旁邊滴加K3[Fe(CN)6]出現(xiàn)藍(lán)色，F(xiàn)e被腐蝕C．③區(qū)Zn電極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋，F(xiàn)e電極旁邊滴加K3[Fe(CN)6]未出現(xiàn)藍(lán)色，F(xiàn)e被愛護(hù)D．④區(qū)Zn電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，F(xiàn)e電極旁邊滴加K3[Fe(CN)6]出現(xiàn)藍(lán)色，F(xiàn)e被腐蝕A[①區(qū)為原電池，F(xiàn)e為負(fù)極，發(fā)生吸氧腐蝕，沒有氣體生成，故A錯(cuò)誤。]金屬腐蝕快慢的三個(gè)規(guī)律(1)金屬腐蝕類型的差異電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)腐蝕措施的腐蝕。(2)電解質(zhì)溶液的影響①對(duì)同一金屬來說，腐蝕的快慢(濃度相同的電解質(zhì)溶液)：強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。②對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，腐蝕越快。(3)活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快。專項(xiàng)突破4離子交換膜在電化學(xué)中的綜合應(yīng)用1．離子交換膜的分類(1)陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，即允許H＋和其他陽離子通過，不允許陰離子通過。(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。(3)質(zhì)子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。(4)雙極膜：在直流電源作用下，雙極膜內(nèi)中間發(fā)生水電離，H＋移向陰極，OH－移向陽極。2．離子交換膜的作用(1)能將兩極區(qū)隔離，阻擋兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(2)能選擇性地通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。(3)借助離子交換膜進(jìn)行物質(zhì)分別、除雜等。3．定量關(guān)系外電路電子轉(zhuǎn)移數(shù)＝通過隔膜的陰、陽離子帶的負(fù)或正電荷數(shù)。留意：同種交換膜，假如轉(zhuǎn)移相同的電子數(shù)，離子所帶電荷數(shù)不同，則遷移離子數(shù)不同。4．離子交換膜類型的選擇思路先分析兩極離子的變更eq\o(→,\s\up9(電中性))確定離子移動(dòng)方向→確定交換膜的類型雙極膜電滲析一步法鹽制酸堿的技術(shù)進(jìn)入了工業(yè)化階段，某科研小組探討采納BMED膜(如圖所示)，模擬以精制濃海水為原料干脆制備酸和堿。BMED膜堆包括陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極膜(a、d)。已知：在直流電源的作用下，雙極膜內(nèi)中間界面層發(fā)生水的解離，生成H＋和OH－。下列說法正確的是()A．電極Y連接電源的正極，發(fā)生還原反應(yīng)B．Ⅰ口排出的是混合堿，Ⅱ口排出的是淡水C．電解質(zhì)溶液采納Na2SO4溶液可避開有害氣體的產(chǎn)生D．b膜為陽離子交換膜C[氫氧根離子向左側(cè)移動(dòng)，這說明電極Y為陰極，所以電極Y連接電源的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；濃海水中的氯離子向左側(cè)移動(dòng)，鈉離子向右側(cè)移動(dòng)，雙極膜中，氫離子向右側(cè)遷移、氫氧根離子向左側(cè)遷移，因此Ⅱ口排出的是淡水，Ⅰ口排出的是鹽酸、Ⅲ口排出的是堿液，故B錯(cuò)誤；由于氯離子放電會(huì)產(chǎn)生有毒的氣體氯氣，加入Na2SO4溶液，目的是增加溶液的導(dǎo)電性，氯離子移向Ⅰ室，氫離子通過a移向Ⅰ室，在Ⅰ室得到HCl，可避開有害氣體的產(chǎn)生，故C正確；Cl－移向Ⅰ室，b膜為陰離子交換膜，故D錯(cuò)誤。]1．(雙選)(2024·棗莊模擬)電解合成1,2-二氯乙烷的試驗(yàn)裝置如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．該裝置工作時(shí)，陰極的電極反應(yīng)是2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑B．液相反應(yīng)為CH2=CH2＋2CuCl2→ClCH2CH2Cl＋2CuCl(s)C．X、Y分別為陽離子交換膜、陰離子交換膜D．電路中每轉(zhuǎn)移1mole－，兩極共產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4L氣體CD[選項(xiàng)A，由圖可知，右側(cè)電極室進(jìn)料為H2O，電解生成H2和NaOH，則右側(cè)電極上水放電，得電子生成氫氧根離子和氫氣，正確；選項(xiàng)B，液相反應(yīng)進(jìn)料為乙烯和氯化銅，出料為1,2-二氯乙烷和氯化亞銅，正確；選項(xiàng)C，左側(cè)電極室CuCl生成CuCl2，Cl－的量增多，則X為陰離子交換膜，右側(cè)電極室進(jìn)料為H2O，產(chǎn)物為NaOH，則Y為陽離子交換膜，錯(cuò)誤；選項(xiàng)D，此電解試驗(yàn)中左側(cè)電極室不產(chǎn)生氣體，右側(cè)電極室產(chǎn)生氫氣，電路中每轉(zhuǎn)移1mole－生成0.5mol氫氣，標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2L，錯(cuò)誤。]2．學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)如圖所示裝置，進(jìn)行NO和NO2(假設(shè)二者物質(zhì)的量之比為1∶1)的處理并制取硝酸。下列說法正確的是()A．a(chǎn)b相宜選用陰離子交換膜B．該電池工作時(shí)，正極區(qū)溶液的pH減小C．導(dǎo)線中流過2mol電子的電量時(shí)，有2mol離子通過交換膜D．負(fù)極的電極反應(yīng)式為NO＋H2O－2e－=NO2＋2H＋C[由信息，左邊石墨電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為NO＋2H2O－3e－=NOeq\o\al(－,3)＋4H＋、NO2＋H2O－e－=NOeq\o\al(－,3)＋2H＋；右邊石墨電極為正極，電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，則ab相宜選用陽離子交換膜或質(zhì)子交換膜，A、D項(xiàng)錯(cuò)誤；該電池工作時(shí)，NaCl溶液濃度減小，溶液pH不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由電荷守恒知，導(dǎo)線中流過2mol電子的電量時(shí)，有2molH＋通過交換膜，C項(xiàng)正確。]3．(2024·開封市高三模擬)現(xiàn)在污水治理越來越引起人們重視，可以通過膜電池除去廢水中的乙酸鈉和對(duì)氯苯酚()，其原理如圖所示，下列說法正確的是()A．b為電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)B．電流從b極經(jīng)導(dǎo)線、小燈泡流向a極C．當(dāng)外電路中有0.2mole－轉(zhuǎn)移時(shí)，a極區(qū)增加的H＋的個(gè)數(shù)為0.2NAD[依據(jù)H＋移向和電極上物質(zhì)變更可確定a極為正極，b極為負(fù)極，A、B錯(cuò)誤；據(jù)電荷守恒，當(dāng)外電路中有0.2mole－轉(zhuǎn)移時(shí)，通過質(zhì)子交換膜的H＋的個(gè)數(shù)為0.2NA，而發(fā)生＋Cl－，則a極區(qū)增加的H＋的個(gè)數(shù)為0.1NA，C錯(cuò)誤。]4．納米級(jí)Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注。采納離子交換膜限制電解液中OH－的濃度制備納米級(jí)Cu2O的裝置如圖所示，發(fā)生的反應(yīng)為2Cu＋H2Oeq\o(=,\s\up9(電解))Cu2O＋H2↑。下列說法正確的是()A．鈦電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．陽極旁邊溶液的pH漸漸增大C．離子交換膜應(yīng)采納陽離子交換膜D．陽極反應(yīng)式為2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2OD[鈦電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；銅作陽極，陽極上銅發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，陽極反應(yīng)為2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O，OH－由陰極區(qū)遷移到陽極區(qū)參與反應(yīng)，離子交換膜應(yīng)為陰離子交換膜，C項(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)正確；由陰極區(qū)遷移過來的OH－在陽極全部參與反應(yīng)，陽極旁邊溶液的pH不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤。]5．四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]常用作電子工業(yè)清洗劑，以四甲基氯化銨[(CH3)4NCl]為原料，采納電滲析法合成[(CH3)4NOH]，其工作原理如圖所示(a、b為石墨電板，c、d、e為離子交換膜)，下列說法正確的是()A．M為正極B．c、e均為陽離子交換膜C．b極電極反應(yīng)式：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．制備1mol(CH3)4NOH，a、b兩極共產(chǎn)生0.5mol氣體B[A項(xiàng)，該電解池中Cl－向電極b遷移，則b電極為陽極，a電極為陰極，M為電源的負(fù)極，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，依據(jù)圖示，加入(CH3)4NCl溶液后，(CH3)4N＋通過c膜進(jìn)入電極a旁邊生成(CH3)4NOH，則c膜為陽離子交換膜；Cl－通過d膜進(jìn)入d膜右側(cè)，e膜右側(cè)的Na＋通過e膜進(jìn)入e膜的左側(cè)，這樣NaCl在d、e兩膜之間富集，將NaCl稀溶液轉(zhuǎn)化為濃溶液，e膜為陽離子交換膜，正確；C項(xiàng)，電極b上溶液中的OH－放電，電極反應(yīng)為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，制備1mol(CH3)4NOH，a電極上生成了1molOH－，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移了1mole－，a電極上產(chǎn)生0.5molH2、b電極上產(chǎn)生0.25molO2，兩極共產(chǎn)生0.75mol氣體，錯(cuò)誤。]1．鋰碘電池的正極材料是聚2-乙烯吡啶(簡寫為P2VP)和I2的復(fù)合物，電解質(zhì)是熔融薄膜狀的碘化鋰，該電池發(fā)生的總反應(yīng)為2Li＋P2VP·nI2eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))P2VP·(n－1)I2＋2LiI。下列說法正確的是()A．該電池放電時(shí)，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)B．該電池放電時(shí)，碘離子移向正極C．P2VP和I2的復(fù)合物是絕緣體，不能導(dǎo)電，充電時(shí)與外電源的負(fù)極相連D．放電時(shí)正極反應(yīng)式為P2VP·nI2＋2e－＋2Li＋=P2VP·(n－1)I2＋2LiID[該電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為2Li－2e－=2Li＋，鋰電極發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯(cuò)誤；原電池中碘離子移向負(fù)極Li，B錯(cuò)誤；正極材料是聚2-乙烯吡啶(簡寫為P2VP)和I2的復(fù)合物，電極不行能是絕緣體，且充電時(shí)與外電源的正極相連，C錯(cuò)誤；鋰碘電池的正極的電極反應(yīng)式為P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－=P2VP·(n－1)I2＋2LiI，D正確。]2．2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆與吉野彰這三位被稱為“鋰電池之父”的科學(xué)家，以表彰他們?cè)阡囯x子電池領(lǐng)域作出的突出貢獻(xiàn)。如圖是一種最新研制的聚合物鋰電池，a極為含有Li、Co、Ni、Mn、O等元素組成的混鹽，電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li＋的高分子復(fù)合材料，b極為鑲嵌金屬鋰的石墨烯材料，反應(yīng)原理為：Li